精细有机合成化学以及工艺学 第八章 重氮化和重氮基的转化

偶合速率变 化不大
pH值大于9时： pH ↑ [ArN2+] ↓ ↓ ，[ArNH2]
偶合速率↓
重氮阳离子与芳胺分子中的氮原子作用
在微碱性的介质中，重氮正离子直接与某些芳伯胺和芳 仲胺分子中的氮原子作用
N
+
+
N
N
N
+ H2N
重氮盐正离子
CH3COONa 20℃
N
N NH
+ CH3COOH
苯重氮氨基苯
无机酸
亚硝酸钠
重氮化
NH3
+
NH2
NH3 Xˉ
+
（3）碱性较弱的硝基芳胺和多氯基芳胺的重氮化
芳胺碱性较弱
成盐较难，且铵盐难溶 于水，易水解 重氮盐易与自由胺反应 生成重氮氨基化合物
反 法 重 氮化
重氮化时把芳胺溶于浓度高的热无机酸 中，再加冰冷却，洗出极细的芳胺沉淀，迅 速一次性加入亚硝酸钠溶液。
+H +
Ar N
N
+ OH2
-H 2 O
+
Ar N
N
Ar N 重氮盐
+
N
重氮正离子的共振杂化体
ArNH2(固不溶) + H2O+ ArNH3 (溶) + H2O
+
ArNH3+(溶) ArNH2(溶)
+ H2O
H3O+ +
从反应机理得到：
自由胺浓度越高，反应越易进行； 氨基上电子云密度越高即芳胺的碱性越强，反应越易进行； 亲电质点的亲电能力越强，反应越易进行；
HNO2 + H3O+ + Brˉ
N O

各亲电质点的结构：


N O ˉ
Br
N O ˉ
Cl
N O ˉ
O
N
O
NO+ ＞ NOBr ＞ NOCl ＞ N2O3
2. 重氮化反应历程
H H Ar N H Clˉ H O
ˉ +
① Ar N + HCl
H H
+H2O
自由胺 (溶于水中)
+ ArNH2 + H3O + Clˉ
1.置换为羟基：制备酚类化合物
+ -
ArN 2 X
+ H2O
ArOH + HX
+
N2
反应历程：亲核置换
ArN 2 X
+ -
慢 H 快
Ar+ +
X
-
+ N2↑ H H ArOH + H+
Ar
+
+ O H
Ar O
+
注意：重氮盐一般为硫酸盐。
（因为重氮盐酸盐与氢溴酸盐会发生重氮基转 化为氯或溴的副产物）
？
苯重氮氟硼酸盐
N
+
N BF4
8.1 概 述
伯胺类化合物在低温和强酸的溶液中与亚硝酸钠 反应生成重氮盐
ArNH 2 + NaNO 2 + 2HX
RNH2 + NaNO2 + 2HX
ArN 2 + Xˉ + NaX RN 2 + Xˉ HNO 3
+ 2H 2 O + 2H 2 O
+ NaX
HX: HCl
电试剂；
只有被强供电子基高度致活的芳环，才能与重氮
盐偶合；
偶合反应发生的位置：主要发生在—OH、—NH2等强
供电子基的对位，当其对位被其它基团占据时，则发生
在其邻位。
OH(NH2)
OH(NH2)
NH2(OH)
CH3
2-萘酚衍生物只能在1位偶合。
N
NH2
Ar NH2
N
+
CH3
ArN 2 Cl
弱碱性芳胺，可采用浓H2SO4作用介质； 盐酸介质中加入KBr，可提高反应速度。
（3）无机酸浓度的影响
利于重氮化反应 无机酸 浓度低 时
酸碱反应
铵 盐
溶解 水解
自由胺浓 度高
无机酸
浓度↑
亲电质点浓度↑
重氮化反应速度↑
无 机 酸 浓度↑ ↑ 自由胺浓度 ↓ 重氮化反应速度↓
8.2.5 重氮化方法
重氮盐的结构
N
+
N
N
N
苯重氮正离子的轨道结构
2．重氮化反应的特点 重氮化试剂：
HNO2
NaNO2 + HX
酸的作用及用量
NH2 + NaNO2 + 2HCl N2 Cl
+
+ NaCl + 2H2O
与NaNO2反应生成HNO2； 溶解芳胺,形成芳铵盐而溶于水； 重氮盐在酸性溶液比较稳定；
↑
重氮盐与酚类的偶合通常在弱碱性介质中进行， （碳酸钠水溶液）介质的pH：7～ 10
重氮盐与胺类在酸性介质中偶合：
v k [ ArN2 ][ArNH2 ]
pH值1～4时： pH↑ [ArN2+] 变化小，[ArNH2] ↑

偶合速 率↑
pH值4～9时：
pH ↑ [ArN2+] ↓ ，[ArNH2]↑
NH2 NO2
HNO2 H2SO4
N2+HSO4NO2
H2O △
OH NO2
此方法制备酚的产率一般为50%～60%， 主要用于制备无异构体的酚或用其他方法难以
得到的酚。
2.置换为烷氧基 采用干燥的重氮盐与乙醇反应
ArN 2 X +
+ -
C2H5OH
CH3OH
ArOC2H5 + HX
△
+ N2↑
COOH + + N2
在浓H2SO4中 在稀H2SO4中 在HCl中 在HCl+Brˉ中 HNO2 + 2H2SO4 2HNO2 HNO2 + HCl NO+ + 2HSO4ˉ + H2O H2O + N2O3
亚硝酸酐
NOCl + H2O NOBr + 2H2O
HNO2 + H3O+ + Brˉ
NO+ ＞ NOBr ＞ NOCl ＞ N2O3
无机酸用量：体系始终为强酸性 理论用量：无机酸︰芳胺=2︰1； 实际用量：无机酸︰芳胺≈2.25～4 ︰1 ； 酸用量不足带来的后果：
ArN2X + ArNH2
ArN=NNH—Ar +
重氮氨基化合物
HX
亚硝酸用量：始终过量 亚硝酸量不够时：
O 2N O 2N
N2 Cl
+
+ H2N
NO2
N
N NH
HO3S
H+ SO3H
H酸
H2N ArN2+ HO Ar N N HO3S
OH N SO3H N Ar
双偶氮染料
萘酚蓝黑B
8.4.1重氮盐还原成芳烃（脱氨基反应,重氮基被氢原子取代） 用适当还原剂还原重氮盐水溶液，可使它失去重氮基， 被还原为氢原子。
8.4 放出氮的重氮基转化
所用还原剂：C2H5OH、H3PO2、HCHO、Zn粉、 还原剂 + N2 Na2SnO2ArN2 Clˉ (亚锡酸钠) ArH
COOH OCH3
注意：干燥的重氮硫酸盐，无水乙醇（甲醇、异 戊醇、苯酚），体系中尽量少水。
8.4.3重氮基置换为卤基 主要用于制备一些不能采用卤化法，或者在卤化后所 得异构体难以分离的卤化物。 （1）Sandmeyer(桑德迈耶尔)反应 芳胺重氮盐在亚铜盐催化下，重氮基置换为氯、溴、 氰基的反应。
Ar N
N
O Na +
-
重氮酸盐
强酸有利于重氮正离子的稳定！
酚 芳胺
v
1
3
5 pH
7
9
11
13
偶合反应速度与介质pH的关系
重氮盐与酚类在碱性介质中偶合 :
v k[ ArN2 ][ArO ]
当pH值小于9时： pH ↑ [ArN2+]
↓


偶合速率↑
，[ArO-] ↑ ↑
偶合速率↓
↓↓
当pH值大于9时： pH↑ [ArN2+] ，[ArO-]
HBr
H 2 SO 4
RN2 Clˉ
+
+ H2 O
分解 取代 重排 消除
N2、醇、烯、卤代烷
8.2 重氮化反应 8.2.1重氮化反应的定义和特点 1．重氮化反应定义：芳族伯胺和亚硝酸作用生 成重氮盐的反应。
NH2 + NaNO2 + 2HCl
N2 Cl
+
+ NaCl + 2H2O
N2 Cl
+
N
+
N Clˉ
N2 C l ˉ
HBF4 或NaBF4
+
N 2 B F4 ˉ
+
8.2.3重氮化反应历程
1.不同的酸介质中，产生不同的亲电质点。
在稀H2 SO4 中 在浓H2 SO4 中 在HCl中 在HCl+Brˉ中
2HNO2
H2O + N2O3
亚硝酸酐
HNO2 + 2H2SO4 HNO2 + HCl
NO+ + 2HSO4ˉ + H2O NOCl + H2O NOBr + 2H2O
+
+
X
偶合组分
N
N
X
X = -OH,-NH2,-NHR,-NR2
例如：
N2 Cl +
+
NH2
N
N
NH2
对氨基偶氮苯 N2 Cl +
+
OH
N
N
OH
对羟基偶氮苯
主要的偶合组分： 酚类、芳胺类、氨基萘酚磺 酸类、含活泼亚甲基的化合物
2．偶合反应的历程 参加偶合反应的是重氮正离子的共振结构(1)
+
Ar N (1)
反应温度 温度过高：亚硝酸分解，重氮盐分解 ；
放热反应，及时移走反应热，反应一般在0～10℃
进行。
3．重氮盐的性质
重氮盐为无色结晶，在水溶液中呈中性；
易溶于水，水溶液可导电，不溶于有机溶剂
遇热分解，一般保存于低温水溶液中； 氟硼酸重氮盐相当稳定,固体在室温下不分解。
NH2
NaNO2,HCl
N
Ar N
+
N
(2)
重氮正离子的共振结构
+
Ar N
N
+
O 偶合组分
-
Ar
N
N H
O
中 间 体Ⅰ
重氮组分
-H+
Ar
+
N
N
O
+
Ar N 重氮组分
N + 偶合组分
NH2
Ar
N
N H
NH2
中 间 体Ⅱ -H+
Ar
N
N
NH2
注意：
偶合反应是一个亲电取代反应； 偶合反应中重氮盐为亲电试剂，它是一个弱的亲
重氮盐与胺类的偶合通常在弱酸性介质中进行， 介质的pH：4～ 7 (CH3COOH溶液)
② pH值对偶合位置的影响
H+ H2N pH = 5 - 7 OH pH =8- 10 HO3S NH2
HO3S H 酸
SO3H HO
-
OH J 酸
H2N
OH ArN2
+
SO3
H2N
OH
A百度文库 N
N HO3S NH+ 3 单偶氮染料 SO3H
+
-
CH3
NH2
NH2
+
NH2
ArN 2 Cl
+
-
NH2 N N Ar
3．偶合反应影响因素
(1)偶合组分的性质
芳环有推电子基（OH,NH2,NHR），反应活性高；
环上有吸电子基（NO2,CN,SO3H,COOH），反
应活性下降。
(2)重氮组分的性质
芳环有吸电子基，活性增加；
芳环有推电子基，活性下降。
思考：完成下面的两个反应
为什么
CH3 NH
NaNO2,HCl
CH3 N NO
N-亚硝基N-甲基苯胺
CH3 N CH3
NaNO2,HCl
CH3 H3C N NO
对亚硝基-N,N-二甲基苯胺
为什么
8.2.4重氮化反应的影响因素 （1）芳胺碱性的影响
H Ar N + HCl H H Ar N H Clˉ H
（1）碱性较强的芳胺 芳胺碱性较强，分子 中不含吸电子基 亚硝酸钠水溶液 铵盐易溶于水，稳定
缓慢加入！
铵 盐 难 水 解
芳胺溶于稀 酸水溶液
正 法 重 氮 化
（2）氨基磺酸和氨基羧酸的重氮化
两性离子内盐 不 溶 于 酸
+ NH3
SO 3
SO 3
NH3
+
难 重 氮 化 重氮化方法
SO3 Na2CO3 或 NaOH SO3Na SO3H
+
+H2O
自由胺 (溶于水中)
+ ArNH2 + H3O + Clˉ
重氮化反 应速度↑
自由胺浓度↑
芳胺碱性↑
酸的浓度较低 自由胺浓度较 高 反应速度决定于 芳胺碱性的强弱 酸的浓度较高 芳胺碱性↑ 反应速度↑
自由胺浓度较 低 芳胺碱性↓
反应速度决定于 自由胺的浓度
自由胺浓度↑
反应速度↑
（2）无机酸性质的影响
各种对位取代基的苯胺重氮盐与酚类偶合时的
相对活性:
R
N2 Cl +
+
OH
R
N
N
OH
R(取代基)
相对速度
NO2
1300
SO3ˉ
13
Br
13
H
1
CH3
0.4
OCH3
0.1
(3)介质的影响
①pH值对偶合速度的影响
+
+
不能偶合
NaOH
Ar N
N
Ar N
N
Ar N
NaOH
N
OH
重氮盐正离子
重氮酸
能偶合 不能偶合
② Ar N +
H H Ar N + H
慢
H Ar N NO H 中间体 H
慢
+ +
N

X
+ Xˉ
亚硝酰氯 O ˉ N

O
N
O
Ar N NO H 中间体
+ NO2 ˉ
亚硝酸酐
H
③
Ar N NO H 中间体
+
快 -H +
Ar N H
N
O
N-亚硝基胺 N O
互变异构
④
Ar N H
Ar N
N
OH
重氮酸
第八章
重氮化和重氮基的转化
1 2
N H2N
N NH2 NH NH2
偶氮甲烷
3 H3C N CN H3C C CH3 N N N CH3 CN C CH3 CH3
偶氮二异丁腈
偶氮苯
N N
对羟基偶氮苯
N N OH
4
N
N
NH
苯重氮氨基苯
N
N
OH
苯基重氮酸
苯重氮盐酸盐
5 N
+
N
+
N Cl
-
N HSO4
—萘基重氮硫酸盐
NO2
对硝基苯基重氮氨基对硝基苯
过量亚硝酸检验：碘化钾淀粉试纸
2HNO2 + 2KI + 2HCl
I2 + 2KCl + 2NO + 2H2O
过量亚硝酸除去：
H2N—CO—NH2 + 2HNO2 H2N—SO3H + HNO2 CO2↑ + H2SO4 2N2↑ + 3H2O + H2O
+ N2↑
8.3 保留氮的重氮基转化反应
NO2 N 茜素黄GC N 黄色 COONa OH
NO2 N 苏丹 Ⅲ N 红色
COONa N N
OH
CH3 NaO3S 甲基橙 N 橙黄色 N N CH3
8.3.1偶合反应
1.偶合反应：将芳香族重氮盐和酚类、芳胺作用， 生成偶氮化合物的反应。
反应通式：
N2 Cl
重氮组分
+
COOH
Br2
COOH Br Br COOH Br Br Br N2+ClBr
H3PO 2
NH2
Br NaNO2 + HCl NH2
COOH Br Br
NH2 Br 3Br2
NH2 Br NaNO2,HCl Br
N
+
N Cl
-
Br
0℃-5℃
Br Br
H3PO2 H2O
Br
Br
Br
8.4.2重氮基置换为含氧基